面向海洋的水下图像处理与视觉技术进展

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作者 陈炜玲 邱艳玲 +2 位作者 赵铁松 魏宏安 程恩 《信号处理》 CSCD 北大核心 2023年第10期1748-1763,共16页

水下观测是探索海洋最直观的手段之一。受水下光学特性、声学特性以及杂波、水生生物等的影响,水下观测中所采集的图像并不总能满足观测需求。如何对水下图像进行有效的处理、分析与应用是一个具有挑战性的课题。尽管图像处理与计算机... 水下观测是探索海洋最直观的手段之一。受水下光学特性、声学特性以及杂波、水生生物等的影响,水下观测中所采集的图像并不总能满足观测需求。如何对水下图像进行有效的处理、分析与应用是一个具有挑战性的课题。尽管图像处理与计算机视觉技术已在大气环境中得到广泛研究,但鉴于成像原理、应用背景等方面的差异,针对大气自然图像提出的算法无法直接移植到水下任务中,而针对水下场景提出的视觉应用仍存在对任务背景考虑不足、泛化性差等缺陷。本文面向光学图像以及声学图像这两类水下观测的主要手段,从图像特性入手,首次以任务为导向、以需求为脉络,通过梳理国内外成功的水下图像处理、质量评价案例,对水下观测方案的工作思路进行了更完备的总结与分析。此外,本文围绕水下机器视觉应用探讨其发展进程,详细讨论与展望了相关领域的前景与优化方向,为突破海洋视觉应用的瓶颈,建设智慧海洋系统带来新思路。 展开更多

关键词 水下图像处理 质量评价 机器视觉 智慧海洋

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水下图像处理软件与质量评价系统设计

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作者 王新怡 祝开艳 +1 位作者 张薇薇 王晓辉 《电子设计工程》 2023年第7期175-178,183,共5页

针对水下图像模糊不清、水下图像增强与复原算法选择与图像质量评价问题,采用Python程序对几种经典的水下图像处理算法原理进行了分析与仿真复现,通过将算法、程序与图像质量评价指标相结合,设计了一款水下图像处理软件。软件可综合实... 针对水下图像模糊不清、水下图像增强与复原算法选择与图像质量评价问题,采用Python程序对几种经典的水下图像处理算法原理进行了分析与仿真复现,通过将算法、程序与图像质量评价指标相结合,设计了一款水下图像处理软件。软件可综合实现各类水下图像的处理,也可以为不同类型的水下图像选取合适的水下图像处理算法。设计的水下图像处理软件使用简单,操作方便,可以实现经典水下图像处理算法的可视化和客观质量评价,便于人们对水下图像处理算法的理解与分析。 展开更多

关键词 水下图像增强与复原 Python程序 算法可视化 水下图像处理软件 图像质量评价指标

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基于暗通道先验和自适应颜色校正的水下图像处理 被引量：8

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作者 霍光尧 佃松宜 +2 位作者 武伟让 余桐 李淼 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2019年第11期70-74,共5页

研究了基于暗通道先验和自适应颜色校正的密闭空间下的水下图像处理。针对传统水下图像去雾方法对光照强度不均的密闭空间内的图像处理效果不佳以及色彩失真问题,利用暗通道原理对水下图像进行去雾后,引入自适应红通道补偿参数,改善红... 研究了基于暗通道先验和自适应颜色校正的密闭空间下的水下图像处理。针对传统水下图像去雾方法对光照强度不均的密闭空间内的图像处理效果不佳以及色彩失真问题,利用暗通道原理对水下图像进行去雾后,引入自适应红通道补偿参数,改善红光缺失现象;结合渐晕模型对水下图像亮度通道进行校正,降低光强对图像成像质量的影响。所提方法在真实的密闭水下环境中进行测试,实验结果表明,相比于传统去雾算法,所提方法可以在有效改善图像亮度的同时还原图像色彩。 展开更多

关键词 水下图像处理 暗通道 自适应参数 渐晕模型 亮度补偿 去雾 密闭空间

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水下视觉图像处理和识别技术研究 被引量：3

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作者 吴宇 蔡永斌 汤荣华 《舰船电子工程》 2019年第5期93-96,共4页

自主式水下机器人(AUV,简称水下机器人)在商业与军事上具有重要意义,受到越来越多科学家和技术人员的重视。视觉系统是水下机器人最重要的探测手段之一,而水下环境的复杂性以及光在水下传播的规律不同,导致水下视觉处理及识别面临新的... 自主式水下机器人(AUV,简称水下机器人)在商业与军事上具有重要意义,受到越来越多科学家和技术人员的重视。视觉系统是水下机器人最重要的探测手段之一,而水下环境的复杂性以及光在水下传播的规律不同,导致水下视觉处理及识别面临新的难题。论文研究了几种常规的光学处理技术在水下视觉中的问题和分析,并使用采集的实际水下图像验证了算法的可靠性,为水下视觉应用提供了可靠手段。 展开更多

关键词 AUV 水下图像处理 目标识别

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基于迁移学习的ROV水下建筑物缺陷识别方法

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作者 张福林 曹胜中 +2 位作者 刘卫国 彭望 许颜贺 《失效分析与预防》 2024年第1期6-12,72,共8页

水下建筑物缺陷检测是保障电厂长期安全稳定运行的关键。为解决检测任务繁重危险,提高检测效率,降低人工检测成本,提出一种基于水下机器人(ROV)的水下建筑物缺陷识别方法。针对水下成像环境复杂、噪声大、检测流程冗长等问题,设计了一... 水下建筑物缺陷检测是保障电厂长期安全稳定运行的关键。为解决检测任务繁重危险,提高检测效率,降低人工检测成本,提出一种基于水下机器人(ROV)的水下建筑物缺陷识别方法。针对水下成像环境复杂、噪声大、检测流程冗长等问题,设计了一种基于迁移学习的图像识别模型。首先,通过图像数据处理算法,提高水下缺陷图像质量,并对图像进行二值化处理,突出缺陷特征;然后通过卷积核提取图像中的突出特征,引入注意力机制对特征重要程度进行计算分配,提高模型特征提取效率;最后在训练过程中引入迁移学习,解决实际缺陷数据不足的问题,提高模型训练效率。结果表明,设计的迁移学习图像识别模型在标准数据集和实测缺陷数据集上准确率达到90%~95%,且迭代次数在30代以内,能够精确高效识别水下建筑物缺陷特征。 展开更多

关键词 水下图像处理 图像识别 注意力机制 水下机器人 缺陷检测

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基于图像的水下三点激光测距方法研究 被引量：6

6

作者 胡波 张云菲 +4 位作者 吴超鹏 杨永 陈宗恒 宋宏 陶军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第10期113-122,共10页

基于光学成像原理和激光三角测距法,提出将三个点激光器与水下相机结合、根据水下光学图像对水下目标物距离进行测量的思路。建立了激光束与目标物垂直、与目标物之间存在旋转角、存在俯仰角三种情况下的三点激光测距理论模型,推导了目... 基于光学成像原理和激光三角测距法,提出将三个点激光器与水下相机结合、根据水下光学图像对水下目标物距离进行测量的思路。建立了激光束与目标物垂直、与目标物之间存在旋转角、存在俯仰角三种情况下的三点激光测距理论模型,推导了目标物距离与水下激光光斑图像之间的数学关系,在此基础上得到了三种情况下的三点激光测距公式。研制了系统样机,并通过空气中和水下的距离测量实验,测试了测距模型和定标算法的误差。实验结果显示,在8.4 m范围内,使用统一测距公式对距离进行测量时,测距误差最大值约为35 cm,平均测量误差小于15 cm。研究成果可望用于水下目标较近距离的精确测距。 展开更多

关键词 水下激光测距 水下光学成像 水下图像处理

原文传递

结合先验知识的海底图像配准方法

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作者 李晓明 郝沙沙 陈双慧 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第11期1743-1750,共8页

针对海底环境复杂造成图像质量严重退化,使得经典的基于数据的图像自动匹配算法性能严重下降的问题,提出一种基于海底成像特点与AUV传感数据相结合的图像匹配方法.首先根据海底成像特点选用光波衰减最小的蓝色通道图像,并经过恰当的图... 针对海底环境复杂造成图像质量严重退化,使得经典的基于数据的图像自动匹配算法性能严重下降的问题,提出一种基于海底成像特点与AUV传感数据相结合的图像匹配方法.首先根据海底成像特点选用光波衰减最小的蓝色通道图像,并经过恰当的图像增强和滤波处理有效地改善图像质量;然后利用IMU传感器提供的姿态数据计算旋转不变描述子的主方向,得到更加准确和可靠的主方向,提高特征描述子的准确性;最后利用AUV传感器提供的定位和深度数据计算特征匹配的粗略范围,减小特征匹配的搜索空间.对AUV在某海底区域采集的15 000余幅真实图像的匹配实验结果表明,所提方法无论是在特征匹配数量还是在匹配正确率上都得到明显提升,其中,对低纹理和重复纹理等难以匹配的图像效果更为明显;与经典的方法相比,平均匹配正确率从16.20%提高到35.84%. 展开更多

关键词 图像拼接 特征匹配 水下图像处理 海底图像配准 水下机器人

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基于深度学习的水下图像超分辨率重建方法 被引量：8

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作者 陈龙彪 谌雨章 +2 位作者 王晓晨 邹鹏 胡学敏 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2019年第9期2738-2743,共6页

由于水体本身的特性以及水中悬浮颗粒对光的吸收和散射作用,水下图像普遍存在信噪比(SNR)低、分辨率低等一系列问题,但大部分方法传统处理方法包含图像增强、复原及重建,都依赖退化模型,并存在算法病态性问题。为进一步提高水下图像恢... 由于水体本身的特性以及水中悬浮颗粒对光的吸收和散射作用,水下图像普遍存在信噪比(SNR)低、分辨率低等一系列问题,但大部分方法传统处理方法包含图像增强、复原及重建,都依赖退化模型,并存在算法病态性问题。为进一步提高水下图像恢复算法的效果和效率,提出了一种改进的基于深度卷积神经网络的图像超分辨率重建方法。该方法网络中引入了改良的密集块结构(IDB),能在有效解决深度卷积神经网络梯度弥散问题的同时提高训练速度。该网络对经过配准的退化前后的水下图像进行训练,得到水下低分辨率图像和高分辨率图像之间的一个映射关系。实验结果表明,在基于自建的水下图像作为训练集上,较卷积神经网络的单帧图像超分辨率重建算法(SRCNN),使用引入了改良的密集块结构(IDB)的深度卷积神经网络对水下图像进行重建,重建图像的峰值信噪比(PSNR)提升达到0.38 dB,结构相似度(SSIM)提升达到0.013,能有效地提高水下图像的重建质量。 展开更多

关键词 卷积神经网络 超分辨率重建 信噪比 水下图像处理 映射

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改进小波软硬折衷法在水下图像去噪中的应用 被引量：6

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作者 雷飞 朱林 王雪丽 《计算机技术与发展》 2017年第11期150-153,158,共5页

由于水在水中传播所形成的散射效应和图像传感器的成像特性会造成水下图像含有较多的噪声。因此图像去噪是处理水下图像的重要步骤。经分析,水下图像的噪声是来自图像传感器所产生的高斯噪声。为了消除水下图像噪声和增强图像细节,提出... 由于水在水中传播所形成的散射效应和图像传感器的成像特性会造成水下图像含有较多的噪声。因此图像去噪是处理水下图像的重要步骤。经分析,水下图像的噪声是来自图像传感器所产生的高斯噪声。为了消除水下图像噪声和增强图像细节,提出了改进小波软硬折衷算法。引入收缩因子对Donoho阈值进行改进,使小波阈值更加符合水下图像去噪的需要。之后,综合软阈值函数和硬阈值函数的特性,对软硬阈值折衷函数进行了改进,使软硬折衷函数拥有更好的数学特性。同时,该函数结构简单,计算量小,非常适合水下图像去噪对处理速度的要求。最后通过对比其他算法的均方误差、峰值信噪比和信息熵,这些数据显示该改进算法能有效地消除噪声,增强细节。 展开更多

关键词 水下图像处理 图像去噪 小波软硬阈值折衷法 小波系数

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基于改进残差网络的水下图像重建方法 被引量：2

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作者 宋娅菲 谌雨章 +1 位作者 沈君凤 曾张帆 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2020年第S01期500-504,529,共6页

自然水体成像中湍流及悬浮颗粒等环境因素会造成水下采集的图像存在扭曲失真、分辨率低、背景模糊等问题,为了解决上述问题并进一步提高图像重建和复原的质量,提出了一种改进的基于残差网络的图像超分辨率重建方法,该方法将网络中的残... 自然水体成像中湍流及悬浮颗粒等环境因素会造成水下采集的图像存在扭曲失真、分辨率低、背景模糊等问题,为了解决上述问题并进一步提高图像重建和复原的质量,提出了一种改进的基于残差网络的图像超分辨率重建方法,该方法将网络中的残差密集块和自适应机制进行融合,有效解决深度学习网络中经常遇到的梯度爆炸问题,同时能够抑制无用信息的学习,充分利用重要特征信息。为了使网络适应水下噪声环境,通过自建水下系统对目标板分别在清水中和浑浊微湍流水域中进行采集并对其进行图像配对生成训练对,并在河流和海洋水域下采集图像生成测试集。实验结果表明,在微湍流的海洋水域和河流水域中,较传统的水下图像处理和神经网络算法,使用改进的残差网络算法能够很好地对水下图像进行重建,重建图像的边缘信息得到了极大的保留,图像的重建效果更好。 展开更多

关键词 残差网络 深度学习 超分辨率重建 自适应机制 水下图像处理

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半导体白激光作为水下成像系统光源与单色激光、LED白光的对比成像实验

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作者 江子琦 刘晓梅 +3 位作者 蔡夫鸿 张典 蔡惟玙 柳华 《中国光学（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期466-478,共13页

为了解决现阶段开展水下探测工作时存在的照明距离短、光谱范围窄等问题,建立了水下半导体白激光成像系统,并对该系统在不同光源及不同条件下采集图像的质量进行分析。将基于红绿蓝(RGB)三基色半导体激光器合成的功率为220 mW、色温为6 ... 为了解决现阶段开展水下探测工作时存在的照明距离短、光谱范围窄等问题,建立了水下半导体白激光成像系统,并对该系统在不同光源及不同条件下采集图像的质量进行分析。将基于红绿蓝(RGB)三基色半导体激光器合成的功率为220 mW、色温为6 469 K的白激光作为水下照明光源,分别与红、绿、蓝三种单色激光及LED白光光源在不同条件下的水下成像效果进行对比。对于不同水下光源采集的图像,使用不同算法对其进行处理、分析及质量评价。实验结果表明:半导体白激光作为水下光源,采集的图像不仅在细节信息及结构完整性上优于LED白光光源,同时在目标物色彩还原度以及边缘特征信息完整度方面也优于单色激光。半导体白激光具有能量集中、显色性强、光照度高的优势,其光源性能可满足水下低照度的成像要求,在相同的成像系统及成像距离下可获得真实性更强、质感更好、目标物特征信息更多的图像。 展开更多

关键词 激光显示 半导体白激光 水下激光成像 水下图像处理

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基于对比实验的水下图像质量提升方法研究

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作者 于亦飞 李煊 +3 位作者 贺榆珊 谢金城 朱萧伟 杨如白 《电子技术应用》 2021年第6期82-86,91,共6页

受水介质对光线的散折射及吸收作用、光照条件变化和成像距离等因素影响,水下图像中往往存在对比度低、模糊严重等问题。针对上述问题,结合学者们在水下图像质量提升方面的研究,以3个水下图像集为对象,选取了9种不同的图像质量提升方法... 受水介质对光线的散折射及吸收作用、光照条件变化和成像距离等因素影响,水下图像中往往存在对比度低、模糊严重等问题。针对上述问题,结合学者们在水下图像质量提升方面的研究,以3个水下图像集为对象,选取了9种不同的图像质量提升方法(包括增强和复原方法)进行水下图像对比实验,并从耗时、峰值信噪比、结构相似度、平均梯度、熵值和标准差6方面对实验结果进行分析,得到不同方法之间的优劣情况。其中直方图均衡化和引导滤波的实验结果图像效果最佳,且获得了整体较好的数据结果,这为后续研究提供了方向。 展开更多

关键词 水下图像处理 图像质量 直方图均衡化 引导滤波

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水下光电成像技术与装备研究进展(下) 被引量：33

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作者 金伟其 王霞 +4 位作者 曹峰梅 黄有为 刘敬 李海兰 徐超 《红外技术》 CSCD 北大核心 2011年第3期125-132,共8页

鉴于对深海资源开发、海洋科研以及水下工程作业、考古和救援的迫切需求,使得水下光电成像技术研究和装备研制成为当前国内外重点研究方向之一。介绍了扫描激光、偏振成像、结构光成像、光-声混合成像以及水下图像处理等水下光电成像技... 鉴于对深海资源开发、海洋科研以及水下工程作业、考古和救援的迫切需求,使得水下光电成像技术研究和装备研制成为当前国内外重点研究方向之一。介绍了扫描激光、偏振成像、结构光成像、光-声混合成像以及水下图像处理等水下光电成像技术,分析了部分技术应用情况,并讨论了其技术特点。论文对于发展海洋资源开发、水下勘探与研究、水下救援以及国防等所需的水下光电成像技术和装置具有意义。 展开更多

关键词 水下成像 激光扫描 偏振成像 结构光成像 光-声混合成像 水下图像处理

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基于光强—光谱—偏振信息融合的水下目标检测 被引量：3

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作者 陈哲 王慧斌 +1 位作者 沈洁 徐立中 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第3期192-198,共7页

由于图像建模及参数估计的困难和复杂性,水下目标检测算法的性能受到了严重影响。受水下生物视觉信息处理机制的启发,针对特殊的水下光学环境提出一种新的基于光强—光谱—偏振的仿生信息融合目标检测方法,能够根据所获得的水下光学先... 由于图像建模及参数估计的困难和复杂性,水下目标检测算法的性能受到了严重影响。受水下生物视觉信息处理机制的启发,针对特殊的水下光学环境提出一种新的基于光强—光谱—偏振的仿生信息融合目标检测方法,能够根据所获得的水下光学先验知识进行适应性特征融合。算法摆脱繁琐的图像预处理过程,以较低的运算复杂度为代价实现可靠的目标检测结果。 展开更多

关键词 水下图像处理 水下目标检测 信息融合 机器学习

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融合深度学习与多尺度Retinex的水下图像增强方法

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作者 章联军 张鹏 +3 位作者 陈芬 童欣 苏涛 杨福豪 《光电子．激光》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期823-832,共10页

针对水下图像纹理模糊和色偏严重等问题,提出了一种融合深度学习与多尺度导向滤波Retinex的水下图像增强方法。首先,将陆上图像采用纹理和直方图匹配法进行退化,构建退化水下图像失真的数据集并训练端到端卷积神经网络(convolutional ne... 针对水下图像纹理模糊和色偏严重等问题,提出了一种融合深度学习与多尺度导向滤波Retinex的水下图像增强方法。首先,将陆上图像采用纹理和直方图匹配法进行退化,构建退化水下图像失真的数据集并训练端到端卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)模型,利用该模型对原始水下图像进行颜色校正,得到色彩复原后的水下图像;然后,对色彩复原图像的亮度通道,采用多尺度Retinex(multi-scale Retinex,MSR)方法得到纹理增强图像;最后,融合色彩复原图像中的颜色分量和纹理增强图像得到最终水下增强图像。本文利用仿真水下图像数据集和真实水下图像对提出方法进行性能测试。实验结果表明,所提方法的均方根误差、峰值信噪比、CIEDE2000和水下图像质量评价指标分别为0.3020、17.2392 dB、16.8784和4.9600,优于5种对比方法,增强后的水下图像更加真实自然。本文方法在校正水下图像颜色失真的同时,能有效提升纹理清晰度和对比度。 展开更多

关键词 水下图像处理 卷积神经网络(CNN) 颜色校正 图像纹理增强

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水下光学图像中目标探测关键技术研究综述 被引量：20

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作者 林森 赵颍 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2020年第6期18-29,共12页

对水下图像预处理和目标检测识别、跟踪关键技术进行了详细的归纳总结。根据是否需要构建模型,将水下图像预处理分为图像增强和图像复原,论述了增强和复原方法的基本思想及方法特点。对水下光学图像的目标检测识别与跟踪原理和方法的研... 对水下图像预处理和目标检测识别、跟踪关键技术进行了详细的归纳总结。根据是否需要构建模型,将水下图像预处理分为图像增强和图像复原,论述了增强和复原方法的基本思想及方法特点。对水下光学图像的目标检测识别与跟踪原理和方法的研究进展进行全面阐述。通过对以上各个过程研究成果的总结分析,梳理了水下目标探测各关键技术中存在的重点解决问题与相关难点问题,讨论了其解决思路和进一步发展方向。 展开更多

关键词 图像处理 数字图像处理 水下图像预处理 水下目标检测识别 水下目标跟踪 深度学习

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